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发动机虚拟制造技术国外研究概况
作者:刘永峰 张幽彤 王军
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CAD硬件/先进制造技术展厅
图形工作站, 绘图仪/大幅面打印机, 3D控制器/3D鼠标, ...
随着计算机辅助几何设计的理论和技术的发展,以及CAD/CAE/CAM集成系统的开发和商业化,产品实物或模型首先通过扫描以及各种先进的数据处理手段获得产品的几何信息,然后充分利用CAD/CAM技术快速、准确地建立产品的数学集合模型,经过适当的工程分析和CAM编程,就可数控加工出产品模型,最后制成产品,实现从产品(样件)—一再设计——产品(批量)的制造过程.这种实物测量虚拟技术广泛应用于产品改型,模具设计等生产活动中;特别是对于具有复杂曲面外形的产品,如汽车、发动机的复杂外形,也是消化、吸收先进技术进而改造和开发各种新产品的重要手段,据此构成了虚拟制造技术的主要思想。

由于虚拟制造技术具有诱人的应用前景,促使发达国家对其进行深入研究,并已出现许多成功的应用范例。国外以美国为首的西方工业国家成立了相应的虚拟制造研究机构,在95年前己基本完成应用基础技术的研究,建立了虚拟制造技术体系,正向实际应用全面过渡。

1 北美

在美国已形成了由政府、产业界、大学组成的多层次、多方位的综合研究开发力量。主要研究机构有:

(1)美国国家标准及技术局(NIST)制造工程实验室。该实验室专门设有制造系统集成部(Manufacturing Systems Integration Division,MSID)。该部由多个不同研究小组组成,分别负责研究和开发实现计算机辅助集成制造系统所需要的各种标准和技术,它提供诸如分布式虚拟制造、柔性计算机集成制造和并行工程等领域的框架技术知识。它在这一领域的研究中比较著名的是提供了开放式虚拟现实测试床(OVRT)和国家先进制造测试床(NAMT)。

(2)美国波音,麦道飞机制造公司,该公司不断提出新的制造理念和尝试新的制造技术,在继成功应用并行工程技术后,又采用虚拟制造技术成功地将整机产品的设计周期大大缩短。波音·麦道公司在虚拟制造方面的研究主要在应用领域。

(3)美国Maryland大学系统研究学院CIM实验室,该实验室主要以CIM领域的最薪技术为研究主题,范围覆盖工厂层和车间层问题。研究重点则是在复杂制造系统的建模工具开发和应用及用于产品开发全过程的并行工程工具的开发和应用。该室自1994年起开始虚拟制造的研究,提出了三个中心的虚拟制造分类方法,获得国际学术界认同,其虚拟制造web站点在虚拟制造领域具有较高知名度。

(4)美国Miclugan大学虚拟现实实验室。该实验室的研究工作主要集中于虚拟环境的工业应用方面。他们关注的是工程设计的虚拟原型构筑(virtual prototyping),这方面的工作特别针对汽车和海洋工业应用;其次是制造过程的仿真以及相关的工程应用.另外,也包括虚拟现实在事故仿真、医学、建筑、考古、教育和其它领域的应用。

(5)美国TEXAS大学ARLINGTON分校自动化与机器人研究院。该大学研究院有关虚拟制造的主要研究领域在较低层的虚拟制造环境研究上,在这方面的主要研究工作是通过为Lockeed Martin Vought Systems和Honeywell Space Systems Division两家公司的Affordable Multi-Missile Program (AM-3)项目提供柔性制造系统的原型开发和虚拟工厂建模环境来展开的。

(6)华盛顿州立大学虚拟现实和计算机集成制造实验室,该实验室的工作主要也是集中在虚拟现实技术在制造领域的应用。

(7)Purdue大学工学院协同制造研究中心。该中心的研究项目中包含一些与虚拟制造相关的课题,如零件族的CAD方法学,应用虚拟现实接口进行零件的反复性设计,基于特征的CAD,加工单元的图形仿真,产品模型和建模方法等。

(8)Iowa州立大学虚拟现实应用研究中心,该中心正在从事虚拟原型构造及可视化方面的研究。主要的项目有:交互式结构分析,交互式球形结构综合(Isis-Interactive Synthesis of Spherical Mechanisms),与John Deere公司合作的应用虚拟现实进行产品开发项目,工程设计优化用虚拟现实环境,轴向活塞泵的动态模型,动态统计数据挖掘利用,交互式模块化建模,计算流体动力学的可视化分析,高维数据的可视化分析等。

(9)美国东北大学虚拟环境实验室。该实验室主要开展的是车辆驾驶员虚拟环境的研究。正在从事的项目有:基于虚拟环境的驾驶仿真器,用户角度出发的道路和交通状况的动态可视化研究,恶劣环境(强光、雨天和大雾)适用的驾驶仿真器,高速公路驾驶仿真等一系列与驾驶有关的虚拟环境研究项目。

(10)美国伊利诺斯火学芝加哥分校机械系工业虚拟现实研究所。该研究所主要从事工业与制造应用相关的,尤其是与制造设计、工艺处理、后勤学、运输与发售、决策支持等相关的虚拟现实技术研究。主要项目有:工厂及工艺过程模型、远程工程和产品仿真。加拿大WATERLOO大学的机械工程系和集成制造系统管理研究中心都有部分与虚拟制造相关的研究项目。

2 欧洲

在欧洲,许多大学和研究机构通过相互间的合作并联合企业进行虚拟制造技术的研究工作。

(1)英国Bath大学机械工程系。该系的研究方向之一制造过程及系统将虚拟制造列为一项研究内容。其虚拟制造研究的主要侧重点在支持虚拟制造的CAD/CAM仿真软件的开发应用方面.主要的成就在于用OpenInventor2.0软件工具开发出了基于自己的Svlis几何造型工具的虚拟制造系统。

(2)英国Leeds大学计算机研究学院。该大学的研究主要集中在虚拟原型的构造和仿真以及可视化技术方面。

(3)英国Loughborough大学。该大学对虚拟制造的研究主要面向建筑工业应用。主要的项目是与法国合作的ProMICE(Product and Process Models Intcgration for Concurrent Engineering)项目。该项日的目标足开发基于并行工程原则的产品和过程建模的通用集成模型。

(4)英国Herriot-Watt大学机械与化学工程系。该系的虚拟制造研究小组从1993年开始虚拟现实技术的研究,目前正从事与虚拟装配有关的一系列研究工作,他们的目标是为工业应用提供各种虚拟现实工具,最终实现虚拟原型。有关的项目有运用浸入式虚拟现实技术设计和定位电缆套索,虚拟装配规划和知识获取,虚拟环境中的对象形变研究,虚拟环境中的冲突检测研究,基于特征识别的NC零件编程,基于特征的设计,虚拟测试等。

(5)芬兰Pohjois-Savo理工学院。该机构正在从事虚拟工厂项目的研究。

3 日本

在日本,已形成了以大阪大学为中心的研究开发力量,主要进行虚拟制造系统的建模和仿真技术的研究,并开发出了虚拟工厂的制造环境。

(1)日本大坂大学机械工程系制造工程及系统研究室。该室正在从事虚拟制造系统,三维建模,并行处理及虚拟现实等方面的研究。

(2)日本Kao公司,该公司于1995年4月起开始进行虚拟工厂的实验。实验的目标是在两家工厂——Kyushu和Wakayama间实现广域网操作虚拟工厂。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/29/2012)
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